電磁場與電磁波教程（簡體書）

本書從經典電磁理論及其數學基礎知識出發，系統地描述了電磁場和電磁波的基本規律。全書共9章，內容包括矢量分析基礎、靜電場、恒定電場與恒定磁場、靜電場的解、時變電磁場、均勻平面電磁波、電磁波的反射和透射、導行電磁波、天線基本理論。書中有大量的例題，每章均附有習題。
本書內容深入淺出，對電磁理論既有嚴格的數學公式推導和計算分析，又注重其物理意義的講述。
本書適合作為高等院校電子工程、通信工程、電子信息工程、微電子和應用電子技術等本科專業的 “電磁場與電磁波” 及 “電磁場理論” 課程教材，適當取捨後也可作為其他相關專業的教材和參考書, 還可作為其他電子工程類專業的大學本科生和電信、電子工程技術人員的參考書。

第1章 矢量分析基礎 1
1.1 矢量分析 1
1.1.1 矢性函數 1
1.1.2 矢性函數的求導與積分 2
1.2 場論 2
1.2.1 場的基本概念 2
1.2.2 標量場的等值面 3
1.2.3 矢量場的矢量線 4
1.3 標量場的方向導數和梯度 5
1.4 矢量場的通量和散度 7
1.4.1 通量 7
1.4.2 散度 9
1.5 矢量場的環量和旋度 10
1.5.1 環量定義 10
1.5.2 環量面密度 11
1.5.3 旋度 12
1.6 亥姆霍茲定理 14
1.6.1 矢量場的分類 14
1.6.2 亥姆霍茲定理 15
1.7 圓柱坐標系和球坐標系 15
1.7.1 圓柱坐標系 15
1.7.2 球坐標系 17
習題 20

第2章 靜電場 22
2.1 庫侖定律與電場強度 22
2.1.1 庫侖定律 22
2.1.2 電場強度 23
2.2 高斯定理 24
2.2.1 立體角 24
2.2.2 高斯定理 26
2.3 靜電場的旋度與靜電場的電位 28
2.3.1 靜電場的旋度 28
2.3.2 靜電場的電位 29
2.3.3 電位微分方程 30
2.4 電偶極子 33
2.4.1 電偶極子的電位和電場 33
2.4.2 外電場中的電偶極子 35
2.5 電介質中的場方程 35
2.5.1 電介質的極化 35
2.5.2 極化電介質產生的電位 36
2.5.3 電介質中的場方程 38
2.5.4 介電常數 39
2.6 靜電場的邊界條件 40
2.7 導體系統的電容 42
2.7.1 靜電場中的導體 42
2.7.２ 電位係數 43
2.7.3 電容係數和部分電容 43
2.8 電場能量與能量密度 47
2.8.1 點電荷系統的靜電能 47
2.8.2 分佈電荷系統的靜電能 48
2.8.3 能量密度 49
習題 51
第3章 恒定電場與恒定磁場 53
3.1 恒定電場的基本概念 53
3.1.1 電流強度和電流密度 53
3.1.2 歐姆定律和焦耳定律 55
3.1.3 電流連續性方程、恒定電場的
散度 57
3.1.4 電動勢、恒定電場的旋度 58
3.2 恒定電場的基本方程和邊界條件 60
3.2.1 基本方程 60
3.2.2 邊界條件 61
3.3 恒定電場與靜電場的比擬 64
3.4 磁場、磁感應強度 67
3.4.1 安培定律 67
3.4.2 磁感應強度、畢奧―薩伐爾
定律 68
3.5 恒定磁場的基本方程 71
3.5.1 磁通連續性原理 71
3.5.2 安培環路定律 71
3.5.3 真空中恒定電場的基本方程 72
3.6 矢量磁位 73
3.6.1 矢量磁位的引入 73
3.6.2 矢量磁位的微分方程 74
3.7 磁偶極子 75
3.7.1 磁偶極子的場 76
3.7.2 外場中的磁偶極子 77
3.8 磁介質中的場方程 77
3.8.1 磁介質的磁化 77
3.8.2 磁介質產生的磁場 78
3.8.3 磁場強度 80
3.8.4 磁導率 81
3.8.5 磁介質中恒定磁場的基本方程 82
3.9 恒定磁場的邊界條件 84
3.9.1 磁感應強度B的邊界條件 84
3.9.2 磁場強度H的邊界條件 85
3.9.3 H或B在界面兩側的方向關係 85
3.10 電感 86
3.10.1 自感 86
3.10.2 互感 86
3.10.3 電感的計算方法 86
3.11 恒定磁場的能量 89
3.11.1 恒定電流系統的磁場能 89
3.11.2 用場量表示的恒定磁場能量 91
習題 93

第4章 靜態場的解 96
4.1 邊值問題的分類 96
4.2 唯一性定理和電位疊加原理 97
4.2.1 格林公式 97
4.2.2 唯一性定理 98
4.2.3 拉普拉斯方程解的疊加原理 98
4.3 鏡像法 99
4.3.1 平面鏡像法 99
4.3.2 球面鏡像法 100
4.3.3 圓柱面鏡像法 103
4.3.4 介質平面鏡像法 105
4.4 分離變量法 106
4.4.1 直角坐標系中的分離變量法 106
4.4.2 圓柱坐標系中的分離變量法 110
4.4.3 球坐標系中的分離變量法 113
4.5 格林函數法 115
4.5.1 靜電邊值問題的格林函數法
表示式 115
4.5.2 簡單邊界的格林函數 118
4.5.3 格林函數的應用 121
4.6 有限差分法 123
4.6.1 差分原理 123
4.6.2 差分方程的數值解法 124
習題 126

第5章 時變電磁場 130
5.1 法拉第電磁感應定律 130
5.2 位移電流 132
5.3 麥克斯韋方程組 134
5.3.1 麥克斯韋方程組的微積分
形式 134
5.3.2 麥克斯韋方程的輔助方程
――本構關係 136
5.3.3 洛侖茲力 136
5.4 時變電磁場的邊界條件 137
5.4.1 一般情況 138
5.4.2 兩種特殊情況 140
5.5 時變電磁場的能量與能流 142
5.6 正弦電磁場 144
5.6.1 正弦電磁場的複數表示法 145
5.6.2 麥克斯韋方程的複數形式 146
5.6.3 複坡印廷矢量 146
5.6.4 複介電常數與複磁導率 147
5.6.5 複坡印廷定理 148
5.6.6 時變電磁場的唯一性定理 149
5.7 波動方程 150
5.8 時變電磁場中的位函數 152
習題 155

第6章 均勻平面電磁波 157
6.1 無耗媒質中的平面電磁波 157
6.1.1 無耗媒質中波動方程的解 157
6.1.2 均勻平面電磁波的傳播特性 160
6.1.3 向任意方向傳播的均勻
平面電磁波 163
6.2 有耗媒質中的平面電磁波 166
6.2.1 有耗媒質中的波動方程及
複介電常數 166

6.2.2 有耗媒質中的均勻平面電磁波的
傳播特性 168
6.2.3 良導體中的均勻平面電磁波的
傳播特性 170
6.3 電磁波的極化 172
6.3.1 直線極化 172
6.3.2 圓極化 173
6.3.3 橢圓極化 174
6.4 電磁波的相速和群速 175
6.5 各向異性媒質中的平面電磁波 177
6.5.1 等離子體中的平面電磁波 178
6.5.2 鐵氧體中的平面電磁波 182
習題 186

第7章 電磁波的反射和折射 189
7.1 平面電磁波在不同媒質界面上的
反射和折射 189
7.1.1 反射定律和折射定律 190
7.1.2 菲涅爾公式 192
7.2 平面電磁波嚮導電媒質界面的
垂直入射 197
7.2.1 媒質2為良導體 198
7.2.2 媒質2為理想導體 201
7.3 平面電磁波向理想介質界面的
垂直入射 205
7.4 平面電磁波向理想導體界面的
斜入射 208
7.4.1 垂直極化波向理想導體界面的
斜入射 209
7.4.2 平行極化波向理想導體界面的
斜入射 210
7.5 平面電磁波向理想介質界面的
斜入射 213
7.5.1 全透射現象 214
7.5.2 媒質1中的總電磁場 215
7.5.3 全反射 217
習題 221

第8章 導行電磁波 224
8.1 平行導體間的橫電波 224
8.2 矩形波導 227
8.3 TE10波 232
8.4 其他形狀波導 237
8.5 波導的連接、彎扭和激勵 242
習題 244

第9章 天線基本理論 246
9.1 基本輻射元 246
9.2 天線的電參數 249
9.3 對稱振子 251
9.3.1 對稱振子的輻射場 252
9.3.2 半波對稱振子的方向性 253
9.3.3 對稱振子的輸入阻抗 253
9.4 方向性增強原理 256
9.5 地面對天線性能的影響 259
9.5.1 鏡像法的應用 259
9.5.2 理想導電地平面上的水平
半波振子 260
9.5.3 直立天線‧地網 261
習題 263

附錄A 常用矢量公式 265
附錄B δ函數 268
附錄C 特殊函數 271
附錄D 近年考研試題 276
參考文獻 280